Hugh David Politzer: El estudiante de posgrado que reescribió la fuerza fuerte

En 1973, un estudiante de posgrado de Harvard, a años de distancia de un puesto docente, descubrió que los quarks —las partículas que componen los protones y neutrones— se comportan de forma opuesta a lo que los físicos esperaban: cuanto más cerca están, más débil es la fuerza entre ellos. Fue un resultado tan extraño que Politzer inicialmente temió haber cometido un error. No fue así, y el hallazgo, realizado de forma independiente al mismo tiempo por David Gross y Frank Wilczek en Princeton, les valdría a los tres el Premio Nobel tres décadas después.

Hijo de una familia de refugiados en el Bronx

Hugh David Politzer nació el 31 de agosto de 1949 en la ciudad de Nueva York, en una familia con su propia historia de desplazamientos: sus padres habían huido de Checoslovaquia a Inglaterra en 1939, antes de la ocupación nazi, y emigraron a Estados Unidos después de la Segunda Guerra Mundial. Asistió a la Bronx High School of Science, la célebre escuela pública que ha producido una parte desproporcionada de los premios Nobel estadounidenses, graduándose en 1966. Continuó sus estudios en la Universidad de Michigan para obtener su licenciatura en física, que completó en 1969, antes de trasladarse a Harvard para realizar estudios de posgrado, donde trabajó bajo la dirección del físico teórico Sidney Coleman y obtuvo su doctorado en 1974.

El cálculo que explicó el confinamiento de los quarks

La contribución decisiva de Politzer llegó incluso antes de terminar su doctorado. En 1973, siendo aún estudiante de posgrado, calculó qué ocurre con la fuerza nuclear fuerte —la fuerza que mantiene unidos a los quarks dentro de los protones y neutrones— a medida que disminuye la distancia entre ellos. La intuición convencional, derivada de fuerzas como el electromagnetismo y la gravedad, sugería que las interacciones deberían fortalecerse a corta distancia. Politzer descubrió lo contrario: la fuerza fuerte se debilita a medida que los quarks se acercan, una propiedad que pasó a llamarse libertad asintótica. Al mismo tiempo y de forma totalmente independiente, David Gross y su estudiante de posgrado Frank Wilczek en Princeton llegaron a la misma conclusión. El artículo que publicó Politzer, junto con el trabajo de Gross-Wilczek, apareció en Physical Review Letters en 1973 y resolvió una verdadera paradoja en la física de partículas: explicaba cómo la fuerza fuerte podía mantener a los quarks confinados permanentemente dentro de partículas como los protones, y sin embargo comportarse como si apenas existiera en los experimentos de colisión de alta energía que los físicos realizaban en aquel momento, porque a las distancias extremadamente cortas que sondean esas colisiones, la fuerza se vuelve laxa. El descubrimiento se convirtió en un pilar fundamental de la cromodinámica cuántica, la teoría que describe la interacción fuerte.

De becario junior a profesor en Caltech

Tras completar su doctorado, Politzer pasó tres años, de 1974 a 1977, como becario junior de la Harvard Society of Fellows, un puesto postdoctoral altamente selectivo que permite a los jóvenes académicos liberarse de las tareas docentes para dedicarse a la investigación. Luego se trasladó al Instituto Tecnológico de California (Caltech), incorporándose primero como profesor asociado visitante en 1975, obteniendo la titularidad en 1976 y ascendiendo a profesor titular en 1979. Fue director ejecutivo del departamento de física de Caltech de 1986 a 1988 y finalmente ocupó el título de Profesor Richard Chace Tolman de Física Teórica. Más allá de la libertad asintótica, Politzer también trabajó con Thomas Appelquist en predicciones teóricas relacionadas con el charmonio, un estado ligado de un quark charm y su antiquark, contribuyendo aún más al joven campo de la física de quarks en la década de 1970.

Un Premio Nobel, décadas después

El Premio Nobel de Física de 2004 fue otorgado conjuntamente a Politzer, David Gross y Frank Wilczek "por el descubrimiento de la libertad asintótica en la teoría de la interacción fuerte", reconociendo un trabajo que los tres habían completado en 1973, más de treinta años antes; un recordatorio de cuánto tiempo espera a veces el comité Nobel para confirmar que un resultado teórico se ha mantenido bajo décadas de escrutinio experimental. Politzer ya había recibido reconocimientos anteriores por el mismo trabajo, incluido el Premio Sakurai de Física de Partículas Teóricas en 1986 y el Premio de Física de Partículas de Alta Energía de la Sociedad Europea de Física en 2003, y más tarde fue elegido miembro de la Academia Estadounidense de las Artes y las Ciencias en 2011.

Un físico fuera de lo común

Los intereses de Politzer fuera de la física de partículas han sido inusualmente públicos para un teórico. Toca el banjo y ha investigado la física de los instrumentos de cuerda, aplicando su formación profesional a una afición. En la década de 1980 fue el vocalista principal de una banda con el irónico nombre de "Professor Politzer and the Rho Mesons", un juego de palabras con la partícula subatómica. También hizo una aparición inesperada en la pantalla en la película de Hollywood de 1989 Fat Man and Little Boy, sobre el Proyecto Manhattan, interpretando al físico Robert Serber, lo que le dio, según un cálculo, un número de Erdős-Bacon de cinco, una medida irónica que combina la distancia de colaboración académica con la distancia de colaboración en la actuación cinematográfica.

Por qué se llama genio a Hugh

El caso del genio de Politzer se basa en un cálculo único y marcadamente contraintuitivo realizado cuando aún era estudiante, que iba directamente en contra de la intuición física que cualquier otra fuerza de la naturaleza había entrenado a los físicos a esperar. Descubrir que una fuerza se vuelve más débil en lugar de más fuerte a corta distancia requería tanto dominio técnico de la aún joven matemática de la teoría cuántica de campos como suficiente independencia mental para confiar en una respuesta que, a primera vista, parecía errónea. La complicación más honesta de la historia es que el descubrimiento no fue únicamente suyo: David Gross y Frank Wilczek llegaron a la misma conclusión de forma independiente y esencialmente al mismo tiempo, y la decisión del comité Nobel de dividir el premio en tres partes refleja esa simultaneidad y no una disminución del trabajo de Politzer. Ese tipo de descubrimiento casi simultáneo es común en física cuando un campo está listo para una idea, y no borra el logro tanto como lo contextualiza: la intuición de Politzer no fue tanto un destello aislado de brillantez individual como la articulación temprana más aguda de una conclusión que la matemática subyacente de la cromodinámica cuántica estaba, en cierto sentido, esperando a que alguien notara.

Legado

La libertad asintótica sigue siendo una de las ideas fundamentales del Modelo Estándar de la física de partículas, que sustenta los cálculos modernos sobre cómo se comportan los quarks y los gluones dentro de los protones, neutrones y los restos de las colisiones de partículas de alta energía en instalaciones como el Gran Colisionador de Hadrones. Politzer continuó su carrera en Caltech durante décadas después del descubrimiento que le dio nombre, dejando tras de sí un cuerpo de trabajo en física teórica igualado por un conjunto inusualmente ecléctico de actividades externas, desde la acústica del banjo hasta un papel secundario en uno de los dramas de Hollywood sobre el Proyecto Manhattan.